Схемы пайки усилителя и набор для пайки своими руками

Так получилось, что некоторое время назад мне потребовался достаточно компактный усилитель мощности для полочных колонок. Ограничение накладывалось размером ниши (32 см в ширину и высоту), в которую предполагалось установить усилитель. Новые усилители заслуживающих доверие брендов сразу отпали по соображениям стоимости, а рынок б/у предлагал только мутные варианты о которых я ничего не знал, и продавцы не спешили ничего рассказывать.

Был еще вариант китайских усилителей класса D: обещана огромная мощность, околонулевые искажения и компактный корпус. И при всем при этом цена на уровне нескольких тысяч рублей! В отзывах сплошь похвала и одобрение. В результате купил усилитель фирмы S.M.S.L. На следующий день сдал обратно в магазин: казалось, что слушаешь скрежет стекла. Короче, звук был очень неприятным.

За 20-30 долларов на Али продаются готовые комплекты для сборки (плата + детали россыпью), но так как хороший звук будет только при хороших деталях, имеет смысл заказывать там только печатные платы, а детали добывать в местах, вызывающих больше доверия. Я заказал две платы (правый и левый каналы для симметричного расположения в корпусе).

Пока ждал платы, спроектировал корпус из фанеры под размеры ниши. Фанеру 10 мм купил и раскроил в Леруа, отобрал куски без сучков. Боковыми стенками корпуса должны были служить солидные алюминиевые радиаторы типа АВМ-053-150 (123×38х150 мм), по две штуки на правую и левую стенку.

Вот, собственно, схема, скопированная со странички продавца печатных плат, на которой указал красным шрифтом детали, которые запланировал использовать:

В сравнении с предлагаемой схемой, увеличены емкости конденсаторов, а транзисторы заменены на те, которые удалось достать. Маломощные транзисторы подбирались по коэффициенту усиления на выдаче в магазине (за что большое спасибо сотрудникам), получилось подобрать транзисторы 2N2907A с коэффициентом усиления порядка 170 и около 200 для 2N1711. Мощными выходными транзисторами TESLA KD 3055 (1980 г. выпуска) поделился товарищ, у которого они были из источника, не подлежащего разглашению. Среди них удалось отобрать две пары с коэффициентами усиления 55/57 и 67/68. Для схемы очень важна идентичность параметров транзисторов выходного каскада, потому один из каналов получается чуть громче, но это несложно скомпенсировать при дальнейшей настройке. Более того, просто перемещение головы слушателя приводит к гораздо большему перепаду воспринимаемой громкости, чем такая разница коэффициентов усиления выходных пар транзисторов.

Несмотря на то, что транзисторы TESLA заведомо оригинальные, с некоторых из них при мойке спиртом начисто стерлась маркировка. Хорошо, что успел заранее пронумеровать маркером. Маркер спиртом не смылся.

Для измерения коэффициента усиления мощных транзисторов собрал вот такую схему с двумя амперметрами и питанием от двух батареек АА (2 х 1.5 вольта):

Измеритель коэффициента усиления мощных транзисторов

Очень удобно подобрать ток базы равным 1 мА, в этом случае показания второго амперметра покажут коэффициент усиления. В показанной на рисунке схеме он равен 60. Кстати, все схемы, которые требовали моделирования, проверял через Falstad Circuit Simulator, скриншот из него. Рекомендую.

Мелочевку на плату тоже старался подбирать качественную: конденсаторы EPCOS и Panasonic, подстроечные резисторы Bourns, маломощные сопротивления не 0.125 Вт, а на 0.25 Вт.

Отдельного внимания потребовал блок питания. При изучении цен и наличия в магазинах вышло, что качественный импульсный блок питания выйдет дороже, чем трансформаторный. А использовать фонящий дешевый китайский БП или курочить хороший компьютерный не выглядело хорошей идеей. Потому был выбран самый обычный классический трансформаторный блок питания с фильтрующими конденсаторами, разделенными резистором. Расчет показывал, что даже такой фильтр гасит колебания питающего напряжения очень и очень эффективно. Убедиться в этом можно смоделировав БП и измерить уровень пульсаций: они составляют доли процента (и действительно, 50 Гц в колонках не слышны даже в полной тишине):

Моделирование блока питания

Трансформатор использован тороидальный,18 вольт, 6 ампер, с одной вторичной обмоткой. Фильтрующие конденсаторы EPCOS на 35 вольт, 22 тыс. мкФ, включены в две группы по две штуки. Сопротивление — цементное, на 20 ватт, 0.44 Ома. Выпрямитель — диодный мост на 50 ампер 100 вольт, установлен на теплоотводе. Можно использовать радиатор от старого процессора типа 486 и т.п. Можно купить выпрямитель подороже, с меньшим падением напряжения на диодах, и он будет греться меньше.

Результирующее напряжение на выходе блока питания на холостом ходу — 26 вольт. Под нагрузкой снижается до 22 вольт.

При желании можно поэкспериментировать с питанием каждого канала от отдельной обмотки трансформатора, через отдельный выпрямитель, но я решил не усложнять схему. Полагаю, лучше иметь питание двух усилителей от двойной емкости в фильтре, чем каждого от одинарной.

По прибытии плат занялся монтажом схемы. Вот как выглядела собранная плата одного из каналов:

Как видно, конденсатор C6 не уместился и был подключен проводами на обратной стороне платы, а разъемы с нужным шагом отверстий не встали на свои места

Для крепления платы к радиатору потребовалась диэлектрическая прокладка (на плате присутствуют металлизированные переходные отверстия для силовых транзисторов). О ней почему-то не пишет никто из собиравших данную схему. Пришлось вырезать из обложки файла для бумаг.

Зеленое — пластик из обложки папки для бумаг. Дополнительно была проверена его теплостойкость, чтобы не расплавился во время работы устройства

От самого радиатора транзисторы отделены керамическими прокладками. Изоляторы для ножек найти в продаже не удалось, пришлось кропотливо подбирать положение ножек так, чтобы не было замыкания на радиатор.

Вот и сам радиатор, одновременно выполняющий функцию боковой стенки. Собран из двух отдельных радиаторов, соединенных на винтах толстым алюминиевым уголком. Щель между радиаторами для поступления охлаждающего воздуха внутрь корпуса

Далее поженили плату и радиатор. Вот так выглядит собранный усилитель одного канала

В таком виде можно подключать питание и начинать отладку и настройку

Питание подано, вход закорочен. Можно отлаживать

Согласно рекомендациям, выставил половину питающего напряжения на плюсовой клемме С6 (для этого предусмотрена специальная контактная площадка на плате) и настроил ток потребления равным 1.2 А, на этом настройка завершена. В таком режиме в открытом корпусе через час транзисторы достигли устойчивой температуры 47 градусов

Через час работы. Транзисторы покрашены в черный для лучшего считывания температуры

В итоге все было расположено в корпусе (прошу прощения за топорный дизайн а-ля дикобраз из Икеи)

На верхней крышке планируются отверстия для вентиляции. На задней стенке три разъема для подключения колонок, держатель предохранителя, провод питания. Дополнительно будут расположены RCA-разъемы для входного сигнала. На нижней поверхности резиновые ножки.

На передней стенке только выключатель и индикатор питания, лампочка на 6 вольт и 0.12 ампер. Она помогает разрядить конденсаторы фильтра после выключения питания. Иначе усилитель еще некоторое время «поет», переходя в хрипы и искажения. Для ограничения тока через лампочку необходимо использовать резистор мощностью не менее 2 ватт, я подобрал 180 Ом .

А что по звуку? Я бы охарактеризовал его так: он не утомляет. Проверено на длительном прослушивании спокойного джаза.

В целом проект напомнил то, как было принято собирать схемы радиолюбителями в СССР, кому это нравится, рекомендую к повторению.

Мегафон — это устройство для усиления голоса. Схема этого простого электромегафона основана на микросхеме LM386, которая является низковольтным усилителем мощности. Эта популярная микросхема часто используется в различных DIY-проектах.

Набор рассчитан для начинающих радиолюбителей и позволяет отработать пайку выводных элементов разного типа: от простых резисторов до микросхемы в DIP корпусе.

Выводные элементы

Радиодеталь называют выводной если она крепится к печатной плате путём установки её контактов в отверстия и дальнейшего их припаивания (или с помощью накрутки). А процесс сборки плат с такими деталями называют сквозным монтажом, или на английском: THT — Through-hole Technology.

На заре электроники все радиодетали были выводными. Сейчас же такой способ монтажа применяется в основном для силовых элементов, которые работают с большими значениями напряжения и силы тока. В наше время вся электроника собирается поверхностным монтажом с помощью SMD элементов — это компактнее и дешевле в масштабах промышленного производства.

Но выводной монтаж всё ещё широко распространён среди DIY-энтузиастов. Ведь чтобы создать прототип устройства на макетной плате потребуется соединить различные модули, радиодетали и контроллеры, которые часто снабжены или штырьками или отверстиями под них.

А ещё сквозной монтаж отлично подходит для получения навыков пайки. И перед тем, как переходить к более сложным платам с SMD радиодеталями, следует обязательно научиться паять выводные платы! В этой инструкции мы покажем как собрать простой мегафон, схема которого состоит исключительно из выводных деталей.

Состав набора

Все элементы набора — выводные.

• печатная плата;
• микросхема LM286 — усилитель звука;
• микрофон;
• динамик;
• потенциометр (регулятор чувствительности микрофона);
• клеммы для подключения питания и динамика;
• набор резисторов и конденсаторов.

Сборка набора

Начинаем сборку с припаивания резисторов на 4,7кОм и 22 Ом. Обратите внимание на цветовую схему резисторов, должно получится как на фото ниже.

Следующий шаг — установка конденсаторов 4,7мКф. Посадочные места С1,С2,С3.

Обратите внимание что у конденсаторов есть полярность. Отрицательный контакт отмечен белой полосой, а на плате посадочное место под такой контакт выделено белым полукругом.

Теперь настала очередь керамического дискового конденсатора. У него нет полярности и можно монтировать его любой стороной.

После него монтируем гнездо для микросхемы. Обратите внимание что с одной стороны этого элемента есть небольшая выемка и его необходимо монтировать в плату таким образом чтобы выемка на элементе совпадала в выемкой на рисунке на плате.

После установки гнезда, вставляем в него микросхему. Ее также необходимо вставлять так чтобы выемка на чипе совпала с выемкой в гнезде.

Теперь очередь микрофона.

После микрофона припаиваем регулятор чувствительности и клеммы для подключения внешнего питания и динамика.

У клемм с одной стороны есть небольшое углубление, а с другой — паз. Это позволяет собирать несколько клемм в целые каскады которые удобнее монтировать если клемм несколько.

Готово! Теперь слегка ослабляем винтики в клеммах, подключаем питание и динамик. Клемма X1 используется для подачи питания. Отрицательный контакт источника соединяем с контактом GND платы, а положительный с контактом +5V. В качестве источника питания можно использовать три пальчиковые батарейки или зарядное устройство на 5 В (от любого телефона).

Динамик подключаем с помощью клеммы X2: полярность не имеет значения.

Готово! Подаём питание и пробуем что-нибудь сказать рядом с микрофоном. Из динамика должен зазвучать ваш голос. С помощью регулятора можно попробовать изменять громкость.

Этот наипростейший усилитель звуковой частоты, способен выдать 50 Ватт мощности на каждый канал из четырёх. В сумме это получается 200 Вт звуковой мощности. И это, как оказалось, не предел. Микросхема, на которой построен усилитель, может дать и 80 Вт на канал на 2-х Омную нагрузку.В наше время построить мощный усилитель своими руками не составляет труда. И все это благодаря современной элементной базе.Сегодня речь пойдет о простом усилителе на микросхеме TDA7560, который запросто может сделать человек, практически не разбирающийся в электронике.

Стоит TDA7560 али экспресс абсолютно смешные деньги, порядка 1 доллара – смотрите тут.

Микросхема TDA7560 фирмы Филипс — это просто находка, особенно для тех, кто не сталкивался с ней раньше. Её давно облюбовали как начинающие радиолюбители, так и автолюбители, за её низкое напряжение питания. У микросхемы TDA7560 есть полный, но более старый аналог — TDA7388, чуть менее мощный.

Характеристики усилителя

• На нагрузке 4 Ома максимальная — 4 x 50 Втт.
• На нагрузке 4 Ома номинальная — 4 x 45 Втт.
• На нагрузке 2 Ома максимальная — 4 x 80 Втт.
• На нагрузке 2 Ома номинальная — 4 x 75 Втт.
• Напряжение питания от 8 до 18 Вольт.

Остальные характеристики смотрите в даташит.

Схема усилителя

Схему включения микросхемы всегда можно посмотреть в даташит. Все просто и очевидно: слева четыре входа, справа четыре выхода на акустические системы. Естественно входа можно замыкать между собой, но не выхода. Каждый выход микросхемы должен быть нагружен на свою акустическую систему.С этим, я думаю, вопросов не возникнет. Единственное, что стоит пояснить так это вывода «ST-BY» и «MUTE». «ST-BY» — это ждущий режим, обычное его сразу соединяют с плюсом питания и усилитель всегда активен. «MUTE». — это режим выключенного звука, обычное его так же соединяют с плюсом питания и усилитель всегда становится активен. На плате для того стоят перемычки.

Плата усилителя

После спайки и сборки усилителя не забудьте установить микросхему на радиатор, желательно большой если вы меломан, который любит громкость.

Применение усилителя

Микросхема изначально разрабатывалась для применения как усилитель мощности звука в автомагнитолах. Поэтому использовать данный усилитель в машине — это отличный выбор. Но учтите, что желательно использовать толстые провода питания. Так же возможно потребуется солидно увеличить емкость фильтрующих конденсаторов питания.Усилитель на микросхеме отлично подходит и для домашнего использования. Питать его можно от старого компьютерного блока питания, как это делал я в свое время. А охлаждающий радиатор использовать с вентилятором – это существенно уменьшит его размеры.Думаю, ничего сложного тут нет, но если кому-то чего-то не понятно – жду ваши вопросы в комментариях. Всем спасибо!

Смотрите видео теста усилителя

Паяльник SumSour с AliExpress

01. 02. 2023
 
·  
Просмотры:

Обзор микроскопов Aomekie

27. 01. 2023
 
·  
Просмотры:

Как выбрать паяльник начинающим

23. 01. 2023
 
·  
Просмотры:

Что такое комплементарная пара транзисторов

11. 12. 2022
 
·  
Просмотры:

Как проверить транзисторы мультиметром

Ремонт вентилятора

11. 07. 2022
 
·  
Просмотры:

Типичные причины Kernel Power 41

09. 06. 2022
 
·  
Просмотры:

Неисправности микросхем

06. 07. 2021
 
·  
Просмотры:

Ремонт электронных напольных и кухонных весов

08. 06. 2021
 
·  
Просмотры:

Термопаста или термопрокладка

11. 03. 2021
 
·  
Просмотры:

Звуковой диапазон обхватывает частоты от 20 Гц до 20 кГц. Человек с нормальным слухом может воспринимать эти колебания. В системах hi-and полоса воспроизводимых частот может быть расширена от 15 Гц до 40 кГц. Эти системы имеют сложные конструкторские решения. Простые схемы выдающие удовлетворительное качество звучания, можно собрать и собственными силами. Схема усилителя звука, который не сложно сделать своими руками не содержит дефицитных деталей и доступна для повторения. Такая схема может обеспечить полосу частот в пределах 50 Гц-15 кГц при коэффициенте нелинейных искажений не более 0,1% и выдать на низкоомную нагрузку выходную мощность 10-15 ватт. Собрать схему усилителя звука можно как на транзисторах, так и на интегральных микросхемах.

Простая схема усилителя звука

Любой низкочастотный каскад, предназначенный для воспроизведения музыки, состоит из предварительного блока, регуляторов тембра или эквалайзера и оконечного каскада. Если устройство предназначено для работы с несколькими источниками звука, следует предусмотреть селектор входов. Так как уровень сигнала с различных устройств отличатеся друг от друга, то в селекторе учитывается возможность выравнивания входных напряжений за счёт усиления или ограничения. Самым чувствительным является микрофонный вход, а самым «грубым» является вход, предназначенный для подключения линейного выхода магнитолы или тюнера. Принципиальная схема предварительного каскада может быть собрана на транзисторах или операционных усилителях.

Простая схема усилителя звука с регулировками звука и регуляторами тембра реализована на одном транзисторе обратной проводимости. В схеме рекомендуется использовать КТ315 или КТ3102 с любым буквенным индексом. Резистором R8, на коллекторе транзистора, устанавливается напряжение 6 вольт, а резистор R1 можно заменить на постоянный. Его величина подбирается в зависимости от уровня входного сигнала.

Своими руками схему аудио усилителя легко собрать на операционном усилителе, который обладает высоким входным сопротивлением, широкой полосой обработки и малым уровнем собственных шумов.

В этой схеме используется микросхема К1401УД2, которая содержит 4 отдельных узла с общим питанием. На этой микросхеме собирается предварительный канал для стереофонического тракта. 2 ОУ работают в правом канале и 2 в левом. В монофоническом варианте можно использовать только два элемента. Устройство состоит из канала предварительного увеличения уровня с коррекцией входного напряжения и активного трёхполосного регулятора тембра, который работает по низким, средним и высоким частотам. Существенным недостатком предварительных каскадов на операционных схемах сводится к тому, что им требуется двухполярный источник питания, что заметно усложняет конструкцию.

Усилитель мощности звука так же может быть выполнен на различной элементной базе. Чаще всего для этой цели используются комплементарные пары транзисторов разной проводимости или специализированные интегральные микросхемы. Простой каскад собран на маломощных кремниевых транзисторах. Вместо пары КТ315-КТ361 можно использовать пару КТ3102-КТ3107.

Перед подачей питания динамик следует отключить, а вместо резистора R1 поставить цепочку из, соединённых последовательно, постоянного резистора на 33 кОм и потенциометра на 270 кОм. Включить питание и вращая движок потенциометра выставить в контрольной точке указанный ток коллектора. Затем замерить полученное сопротивление цепочки и заменить её на, ближайший по номиналу, постоянный резистор. Далее подбором резистора R3 нужно установить в той же точке половину питающего напряжения. Далее подключается динамик и на вход подаётся низкочастотный сигнал с источника звука. Схема не имеет регулятора громкости и тембра, поэтому к нему можно подключить любой предварительный каскад, имеющий эти функции.

Усилитель звука самодельный

Прежде чем начать выбор схемы блока низкой частоты, нужно выяснить для какой цели он будет использоваться. Одной из популярных моделей является схема для наушников, так как многие бытовые системы не дают хорошей громкости вместе с высоким качеством звучания. Схема двухканального усилителя звука может использоваться для персонального компьютера или автомобильной магнитолы. Это делает возможным слушать музыку в салоне, не мешая окружающим.

Основой устройства является низковольтный операционник. Питание, подаваемое на 2 вывод микросхемы, лежит в диапазоне от 3 до 12 вольт. Есть аналогичные схемы, выполненные на дискретных элементах, но микросхема не требует регулировки и настройки, что имеет значение в транзисторных схемах. Правильно собранный усилитель сразу начинает работать. Усилитель звука для колонок демонстрирует более сложную схему, где отдается характерное внимание качеству звука.

Простая схема усилителя звука изготовленного своими руками

При создании самодельного устройства, радиолюбителю приходится решать много различных задач. Одна из них связана с выходной мощностью, которая ограничивается напряжением питания. Прежде всего, это касается систем для автомобиля, так как они получают питание от бортовой сети. Образцовым вариантом будет приминение отдельных микросхем. Схема полного усилителя звука — это предварительный каскад с эффективными регуляторами тембра и оконечный блок. Предложенная конструкция содержит следующие характеристики:

• Выходная мощность – 20 W X 2
• Полоса частот – 40 – 18 000 Гц
• Коэффициент искажений – 1,0%
• Напряжение питания – 8-18 В

Усилитель звука для колонок схема печатной платы Мощный усилитель на микросхеме собранный своими руками можно использовать в домашних условиях или установить в автомобиле.

Усилитель звука для колонок схема печатной платы

Печатная плата для данной схемы выполнена из фольгированного текстолита методом травления. Рисунок печатных дорожек можно нанести асфальтобитумным лаком или другим составом. Травить плату проще всего в растворе хлорного железа. Для того чтобы усилитель звука на микросхеме, сделанный своими руками работал устойчиво, элемент TDA1552Q установаем на радиатор. Для получения хорошего звучания и минимальных искажений конденсаторы С11, 12, 13 и 14 должны быть плёночными. Резисторами R7 и R8 устанавливается максимальный неискажённый сигнал на акустических системах.

Схема аудио усилителя

Интегральные микросхемы постепенно вытесняют транзисторы из схем усилителей низкой частоты. Распространение получили приборы TDA2005-2052. Они выдают достаточную выходную мощность для озвучивания салона автомобиля или жилой комнаты. Простой аудио стерео усилитель звука своими руками можно собрать на одной микросхеме TDA2005.

Конденсаторы С8 и С12 лучше ставить плёночные. Если напряжение питания не превышает 12 В, то все электролитические конденсаторы должны быть на 16 В. При большем напряжении питания рабочее напряжение ёмкостей должно быть увеличено. Собранный своими руками усилитель используется для колонок с сопротивлением от 2 до 4 Ом.

Схема усилителя звукового

В них входят такие решения, когда интегральная микросхема выполнена в оконечном каскаде, а предварительный тракт собирается на транзисторах. Чтобы собрать оконечный аудио усилитель своими руками на микросхеме потребуется небольшое количество деталей. В корпус микросхемы встроены схемы защиты от короткого замыкания, от перегрузки и превышения температуры, поэтому в системе используются только переходные конденсаторы и фильтр питания. Сделать усилитель звука своими руками не сложно на микросхеме 174 серии.

Устройство включает в себя интегральную микросхему и 8 конденсаторов, поэтому печатную плату легко нарисовать самостоятельно.

Самая простая схема усилителя звука

Простейшее устройство состоит из интегральной микросхемы и двух конденсаторов. Один из них разделительный, а второй работает как фильтр по питанию. Устройство не нуждается в наладке и при правильной сборке начинает работать сразу после включения. Схема включения усилителя звука допускает питание от автомобильного аккумулятора.

Схема оконечника выполнена на микросхеме TDA7294. Номинальная мощность, отдаваемая на нагрузку 4 Ом, составляет 70 ватт, а максимальная – 100 ватт. Микросхема применяется для широкополосных акустических систем или сабвуфера. Для получения такой мощности потребуется двухполярный источник питания с напряжением 35 вольт.

Простой усилитель звука своими руками

Собрать своими руками аудио усилитель звука без микросхем можно собрать на любых транзисторах, включая как биполярные, так и полевые. Приминение полевых транзисторов в выходном каскаде предоставило создать устройство, приближающееся по характеристикам к ламповым конструкциям.

Схема владеет следующими характеристиками:

• АЧХ линейна в диапазоне 20 Гц-100 кГц
• Коэффициент искажений на 1 кГц не превышает 0,003%
• Выходная мощность 10 ватт на нагрузке 8 Ом

Для раскачки выходного каскада потребуется напряжение 0,7 вольт, которые должен обеспечить предварительный каскад. Операционный усилитель NE5534 можно заменить отечественным ОУ КР140УД608. Стабилитроны должны быть рассчитаны на напряжение стабилизации 18 вольт. 1N4705 можно заменить двумя последовательно включенными полупроводниками на 9 вольт каждый.

– Сосед запарил по батарее стучать. Сделал музыку громче, чтобы его не слышать.
(Из фольклора аудиофилов).

Эпиграф иронический, но аудиофил совсем не обязательно «больной на всю голову» с физиономией Джоша Эрнеста на брифинге по вопросам отношений с РФ, которого «прёт» оттого, что соседи «счастливы». Кто-то хочет слушать серьезную музыку дома как в зале. Качество аппаратуры для этого нужно такое, какое у любителей децибел громкости как таковых просто не помещается там, где у здравомыслящих людей ум, но у последних оный за разум заходит от цен на подходящие усилители (УМЗЧ, усилитель мощности звуковой частоты). А у кого-то попутно возникает желание приобщиться к полезным и увлекательным сферам деятельности – технике воспроизведения звука и вообще электронике. Которые в век цифровых технологий неразрывно связаны и могут стать высокодоходной и престижной профессией. Оптимальный во всех отношениях первый шаг в этом деле – сделать усилитель своими руками: именно УМЗЧ позволяет с начальной подготовкой на базе школьной физики на одном и том же столе пройти путь от простейших конструкций на полвечера (которые, тем не менее, неплохо «поют») до сложнейших агрегатов, через которые с удовольствием сыграет и хорошая рок-группа. Цель данной публикации – осветить первые этапы этого пути для начинающих и, возможно, сообщить кое-что новое опытным.

УМЗЧ мощностью 350 Вт

Простейшие

Итак, для начала попробуем сделать усилитель звука, который просто работает. Чтобы основательно вникнуть в звукотехнику, придется постепенно освоить довольно много теоретического материала и не забывать по мере продвижения обогащать багаж знаний. Но любая «умность» усваивается легче, когда видишь и щупаешь, как она работает «в железе». В этой статье далее тоже без теории не обойдется – в том, что нужно знать поначалу и что возможно пояснить без формул и графиков. А пока достаточно будет умения паять электропаяльником и пользоваться мультитестером.

Примечание: если вы до сих пор не паяли электронику, учтите – ее компоненты нельзя перегревать! Паяльник – до 40 Вт (лучше 25 Вт), максимально допустимое время пайки без перерыва – 10 с. Паяемый вывод для теплоотвода удерживается в 0,5-3 см от места пайки со стороны корпуса прибора медицинским пинцетом. Кислотные и др. активные флюсы применять нельзя! Припой – ПОС-61.

Слева на рис. – простейший УМЗЧ, «который просто работает». Его можно собрать как на германиевых, так и на кремниевых транзисторах.

Простейшие усилители звука

На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:

• Перед первым включением питания нагрузку (динамик) отключаем;
• Вместо R1 впаиваем цепочку из постоянного резистора на 33 кОм и переменного (потенциометра) на 270 кОм, т.е. первый прим. вчетверо меньшего, а второй прим. вдвое большего номинала против исходного по схеме;
• Подаем питание и, вращая движок потенциометра, в точке, обозначенной крестиком, выставляем указанный ток коллектора VT1;
• Снимаем питание, выпаиваем временные резисторы и замеряем их общее сопротивление;
• В качестве R1 ставим резистор номинала из стандартного ряда, ближайшего к измеренному;
• Заменяем R3 на цепочку постоянный 470 Ом + потенциометр 3,3 кОм;
• Так же, как по пп. 3-5, в т. а выставляем напряжение, равное половине напряжения питания.

Точка а, откуда снимается сигнал в нагрузку это т. наз. средняя точка усилителя. В УМЗЧ с однополярным питанием в ней выставляют половину его значения, а в УМЗЧ в двухполярным питанием – ноль относительно общего провода. Это называется регулировкой баланса усилителя. В однополярных УМЗЧ с емкостной развязкой нагрузки отключать ее на время наладки не обязательно, но лучше привыкать делать это рефлекторно: разбалансированный 2-полярный усилитель с подключенной нагрузкой способен сжечь свои же мощные и дорогие выходные транзисторы, а то и «новый, хороший» и очень дорогой мощный динамик.

Примечание: компоненты, требующие подбора при наладке устройства в макете, на схемах обозначаются или звездочкой (*), или штрихом-апострофом (‘).

В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах, развивающий уже мощность до 4-6 Вт на нагрузке 4 Ом. Хотя и работает он, как и предыдущий, в т. наз. классе AB1, не предназначенном для Hi-Fi озвучивания, но, если заменить парой таких усилитель класса D (см. далее) в дешевых китайских компьютерных колонках, их звучание заметно улучшается. Здесь узнаем еще одну хитрость: мощные выходные транзисторы нужно ставить на радиаторы. Компоненты, требующие дополнительного охлаждения, на схемах обводятся пунктиром; правда, далеко не всегда; иногда – с указанием необходимой рассеивающей площади теплоотвода. Наладка этого УМЗЧ – балансировка с помощью R2.

Справа на рис. – еще не монстр на 350 Вт (как был показан в начале статьи), но уже вполне солидный зверюга: простой усилитель на транзисторах мощностью 100 Вт. Музыку через него слушать можно, но не Hi-Fi, класс работы – AB2. Однако для озвучивания площадки для пикника или собрания на открытом воздухе, школьного актового или небольшого торгового зала он вполне пригоден. Любительская рок-группа, имея по такому УМЗЧ на инструмент, может успешно выступать.

Примечание: источник питания для этого УМЗЧ нужен мощностью от 600 Вт. Конденсаторы сглаживающего фильтра – от 6800 мкФ на 160 В. Параллельно электролитическим конденсаторам ИП включаются керамические по 0,01 мкФ для предотвращения самовозбуждения на ультразвуковых частотах, способного мгновенно сжечь выходные транзисторы.

На полевиках

На след. рис. – еще один вариант достаточно мощного УМЗЧ (30 Вт, а при напряжении питания 35 В – 60 Вт) на мощных полевых транзисторах:

УМЗЧ на мощных полевых транзисторах

Звук от него уже тянет на требования к Hi-Fi начального уровня (если, разумеется, УМЗЧ работает на соотв. акустические системы, АС). Мощные полевики не требуют большой мощности для раскачки, поэтому и предмощного каскада нет. Еще мощные полевые транзисторы ни при каких неисправностях не сжигают динамики – сами быстрее сгорают. Тоже неприятно, но все-таки дешевле, чем менять дорогую басовую головку громкоговорителя (ГГ). Балансировка и вообще наладка данному УМЗЧ не требуются. Недостаток у него, как у конструкции для начинающих, всего один: мощные полевые транзисторы много дороже биполярных для усилителя с такими же параметрами. Требования к ИП – аналогичные пред. случаю, но мощность его нужна от 450 Вт. Радиаторы – от 200 кв. см.

Примечание: не надо строить мощные УМЗЧ на полевых транзисторах для импульсных источников питания, напр. компьютерных. При попытках «загнать» их в активный режим, необходимый для УМЗЧ, они или просто сгорают, или звук дают слабый, а по качеству «никакой». То же касается мощных высоковольтных биполярных транзисторов, напр. из строчной развертки старых телевизоров.

Сразу вверх

Если вы уже сделали первые шаги, то вполне естественным будет желание построить УМЗЧ класса Hi-Fi, не вдаваясь слишком глубоко в теоретические дебри. Для этого придется расширить приборный парк – нужен осциллограф, генератор звуковых частот (ГЗЧ) и милливольтметр переменного тока с возможностью измерения постоянной составляющей. Прототипом для повторения лучше взять УМЗЧ Е. Гумели, подробно описанный в «Радио» №1 за 1989 г. Для его постройки понадобится немного недорогих доступных компонент, но качество удовлетворяет весьма высоким требованиям: мощность до 60 Вт, полоса 20-20 000 Гц, неравномерность АЧХ 2 дБ, коэффициент нелинейных искажений (КНИ) 0,01%, уровень собственных шумов –86 дБ. Однако наладить усилитель Гумели достаточно сложно; если вы с ним справитесь, можете браться за любой другой. Впрочем, кое-какие из известных ныне обстоятельств намного упрощают налаживание данного УМЗЧ, см. ниже. Имея в виду это и то, что в архивы «Радио» пробраться не всем удается, уместно будет повторить основные моменты.

Схемы простого высококачественного УМЗЧ

Схемы УМЗЧ Гумели и спецификация к ним даны на иллюстрации. Радиаторы выходных транзисторов – от 250 кв. см. для УМЗЧ по рис. 1 и от 150 кв. см. для варианта по рис. 3 (нумерация оригинальная). Транзисторы предвыходного каскада (КТ814/КТ815) устанавливаются на радиаторы, согнутые из алюминиевых пластин 75х35 мм толщиной 3 мм. Заменять КТ814/КТ815 на КТ626/КТ961 не стоит, звук заметно не улучшается, но налаживание серьезно затрудняется.

Чертежи печатных плат и указания по налаживанию простого высококачественного УМЗЧ

Этот УМЗЧ очень критичен к электропитанию, топологии монтажа и общей, поэтому налаживать его нужно в конструктивно законченном виде и только со штатным источником питания. При попытке запитать от стабилизированного ИП выходные транзисторы сгорают сразу. Поэтому на рис. даны чертежи оригинальных печатных плат и указания по наладке. К ним можно добавить что, во-первых, если при первом включении заметен «возбуд», с ним борются, меняя индуктивность L1. Во-вторых, выводы устанавливаемых на платы деталей должны быть не длиннее 10 мм. В-третьих, менять топологию монтажа крайне нежелательно, но, если очень надо, на стороне проводников обязательно должен быть рамочный экран (земляная петля, выделена цветом на рис.), а дорожки электропитания должны проходить вне ее.

Примечание: разрывы в дорожках, к которым подключаются базы мощных транзисторов – технологические, для налаживания, после чего запаиваются каплями припоя.

Налаживание данного УМЗЧ много упрощается, а риск столкнуться с «возбудом» в процессе пользования сводится к нулю, если:

• Минимизировать межблочный монтаж, поместив платы на радиаторах мощных транзисторов.
• Полностью отказаться от разъемов внутри, выполнив весь монтаж только пайкой. Тогда не нужны будут R12, R13 в мощном варианте или R10 R11 в менее мощном (на схемах они пунктирные).
• Использовать для внутреннего монтажа аудиопровода из бескислородной меди минимальной длины.

При выполнении этих условий с возбуждением проблем не бывает, а налаживание УМЗЧ сводится к рутинной процедуре, описанной на рис.

Провода для звука

Аудиопровода не досужая выдумка. Необходимость их применения в настоящее время несомненна. В меди с примесью кислорода на гранях кристаллитов металла образуется тончайшая пленочка окисла. Оксиды металлов полупроводники и, если ток в проводе слабый без постоянной составляющей, его форма искажается. По идее, искажения на мириадах кристаллитов должны компенсировать друг друга, но самая малость (похоже, обусловленная квантовыми неопределенностями) остается. Достаточная, чтобы быть замеченной взыскательными слушателями на фоне чистейшего звука современных УМЗЧ.

Производители и торговцы без зазрения совести подсовывают вместо бескислородной обычную электротехническую медь – отличить одну от другой на глаз невозможно. Однако есть сфера применения, где подделка не проходит однозначно: кабель витая пара для компьютерных сетей. Положить сетку с длинными сегментами «леварем», она или вовсе не запустится, или будет постоянно глючить. Дисперсия импульсов, понимаешь ли.

Автор, когда только еще пошли разговоры об аудиопроводах, понял, что, в принципе, это не пустая болтовня, тем более, что бескислородные провода к тому времени уже давно использовались в технике спецназначения, с которой он по роду деятельности был хорошо знаком. Взял тогда и заменил штатный шнур своих наушников ТДС-7 самодельным из «витухи» с гибкими многожильными проводами. Звук, на слух, стабильно улучшился для сквозных аналоговых треков, т.е. на пути от студийного микрофона до диска нигде не подвергавшихся оцифровке. Особенно ярко зазвучали записи на виниле, сделанные по технологии DMM (Direct Meta lMastering, непосредственное нанесение металла). После этого межблочный монтаж всего домашнего аудио был переделан на «витушный». Тогда улучшение звучания стали отмечать и совершенно случайные люди, к музыке равнодушные и заранее не предуведомленные.

Как сделать межблочные провода из витой пары, см. след. видео.

Межблочные провода из витой пары своими руками

https://www.youtube-nocookie.com/embed/hjDAIZvjNf0?rel=0

К сожалению, гибкая «витуха» скоро исчезла из продажи – плохо держалась в обжимаемых разъемах. Однако, к сведению читателей, только из бескислородной меди делается гибкий «военный» провод МГТФ и МГТФЭ (экранированный). Подделка невозможна, т.к. на обычной меди ленточная фторопластовая изоляция довольно быстро расползается. МГТФ сейчас есть в широкой продаже и стоит много дешевле фирменных, с гарантией, аудиопроводов. Недостаток у него один: его невозможно выполнить расцвеченным, но это можно исправить бирками. Есть также и бескислородные обмоточные провода, см. далее.

Теоретическая интермедия

Как видим, уже на первых порах освоения звукотехники нам пришлось столкнуться с понятием Hi-Fi (High Fidelity), высокая верность воспроизведения звука. Hi-Fi бывают разных уровней, которые ранжируются по след. основным параметрам:

• Полосе воспроизводимых частот.
• Динамическому диапазону – отношению в децибелах (дБ) максимальной (пиковой) выходной мощности к уровню собственных шумов.
• Уровню собственных шумов в дБ.
• Коэффициенту нелинейных искажений (КНИ) на номинальной (долговременной) выходной мощности. КНИ на пиковой мощности принимается 1% или 2% в зависимости от методики измерений.
• Неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе воспроизводимых частот. Для АС – отдельно на низких (НЧ, 20-300 Гц), средних (СЧ, 300-5000 Гц) и высоких (ВЧ, 5000-20 000 Гц) звуковых частотах.

Примечание: отношение абсолютных уровней каких-либо величин I в (дБ) определяется как P(дБ) = 20lg(I1/I2). Если I1<I2, P будет отрицательным. Полезно запомнить – P=3дБ соотв. численному отношению в 1,41 раза, P=6дБ – в 2 раза, P=12дБ – в 4 раза, P=20дБ в 10 раз, P=40дБ в 100 раз и P=60дБ в 1000 раз.

Все тонкости и нюансы Hi-Fi нужно знать, занимаясь проектированием и постройкой АС, а что касается самодельного Hi-Fi УМЗЧ для дома, то, прежде чем переходить к таким, нужно четко уяснить себе требования к их мощности, необходимой для озвучивания данного помещения, динамическому диапазону (динамике), уровню собственных шумов и КНИ. Добиться от УМЗЧ полосы частот 20-20 000 Гц с завалом на краях по 3 дБ и неравномерностью АЧХ на СЧ в 2 дБ на современной элементной базе не составляет больших сложностей.

Громкость

Мощность УМЗЧ не самоцель, она должна обеспечивать оптимальную громкость воспроизведения звука в данном помещении. Определить ее можно по кривым равной громкости, см. рис. Естественных шумов в жилых помещениях тише 20 дБ не бывает; 20 дБ это лесная глушь в полный штиль. Уровень громкости в 20 дБ относительно порога слышимости это порог внятности – шепот разобрать еще можно, но музыка воспринимается только как факт ее наличия. Опытный музыкант может определить, какой инструмент играет, но что именно – нет.

Кривые равной громкости

40 дБ – нормальный шум хорошо изолированной городской квартиры в тихом районе или загородного дома – представляет порог разборчивости. Музыку от порога внятности до порога разборчивости можно слушать при наличии глубокой коррекции АЧХ, прежде всего по басам. Для этого в современные УМЗЧ вводят функцию MUTE (приглушка, мутирование, не мутация!), включающую соотв. корректирующие цепи в УМЗЧ.

90 дБ – уровень громкости симфонического оркестра в очень хорошем концертном зале. 110 дБ может выдать оркестр расширенного состава в зале с уникальной акустикой, каких в мире не более 10, это порог восприятия: звуки громче воспринимаются еще как различимый по смыслу с усилием воли, но уже раздражающий шум. Зона громкости в жилых помещениях 20-110 дБ составляет зону полной слышимости, а 40-90 дБ – зону наилучшей слышимости, в которой неподготовленные и неискушенные слушатели вполне воспринимают смысл звука. Если, конечно, он в нем есть.

Мощность

Расчет мощности аппаратуры по заданной громкости в зоне прослушивания едва ли не основная и самая трудная задача электроакустики. Для себя в условиях лучше идти от акустических систем (АС): рассчитать их мощность по упрощенной методике, и принять номинальную (долговременную) мощность УМЗЧ равной пиковой (музыкальной) АС. В таком случае УМЗЧ не добавит заметно своих искажений к таковым АС, они и так основной источник нелинейности в звуковом тракте. Но и делать УМЗЧ слишком мощным не следует: в таком случае уровень его собственных шумов может оказаться выше порога слышимости, т.к. считается он от уровня напряжения выходного сигнала на максимальной мощности. Если считать совсем уж просто, то для комнаты обычной квартиры или дома и АС с нормальной характеристической чувствительностью (звуковой отдачей) можно принять след. значения оптимальной мощности УМЗЧ:

• До 8 кв. м – 15-20 Вт.
• 8-12 кв. м – 20-30 Вт.
• 12-26 кв. м – 30-50 Вт.
• 26-50 кв. м – 50-60 Вт.
• 50-70 кв. м – 60-100 Вт.
• 70-100 кв. м – 100-150 Вт.
• 100-120 кв. м – 150-200 Вт.
• Более 120 кв. м – определяется расчетом по данным акустических измерений на месте.

Динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

• Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
• Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
• Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

Лампы

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция. Причина – принципиально различные спектры искажений у электронных ламп и транзисторов. Которые, в свою очередь, обусловлены тем, что в лампе поток электронов движется в вакууме и квантовые эффекты в ней не проявляются. Транзистор же прибор квантовый, там неосновные носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристалле, что без квантовых эффектов вообще невозможно. Поэтому спектр ламповых искажений короткий и чистый: в нем четко прослеживаются только гармоники до 3-й – 4-й, а комбинационных составляющих (сумм и разностей частот входного сигнала и их гармоник) очень мало. Поэтому во времена вакуумной схемотехники КНИ называли коэффициентом гармоник (КГ). У транзисторов же спектр искажений (если они измеримы, оговорка случайная, см. ниже) прослеживается вплоть до 15-й и более высоких компонент, и комбинационных частот в нем хоть отбавляй.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Ламповый УМЗЧ с возможностью переключения режимов выходного каскада

Но хватит лирики, к делу. Для любителей повозиться с лампами на рис. – схема стендового лампового УМЗЧ, предназначенного именно для экспериментов: SA1 переключается режим работы выходной лампы, а SA2 – напряжение питания. Схема хорошо известна в РФ, небольшая доработка коснулась только выходного трансформатора: теперь можно не только «гонять» в разных режимах родную 6П7С, но и подбирать для других ламп коэффициент включения экранной сетки в ульралинейном режиме; для подавляющего большинства выходных пентодов и лучевых тетродов он или 0,22-0,25, или 0,42-0,45. Об изготовлении выходного трансформатора см. ниже.

Гитаристам и рокерам

Это тот самый случай, когда без ламп не обойтись. Как известно, электрогитара стала полноценным солирующим инструментом после того, как предварительно усиленный сигнал со звукоснимателя стали пропускать через специальную приставку – фьюзер – преднамеренно искажающую его спектр. Без этого звук струны был слишком резким и коротким, т.к. электромагнитный звукосниматель реагирует только на моды ее механических колебаний в плоскости деки инструмента.

Вскоре выявилось неприятное обстоятельство: звучание электрогитары с фьюзером обретает полную силу и яркость только на больших громкостях. Особенно это проявляется для гитар со звукоснимателем типа хамбакер, дающим самый «злой» звук. А как быть начинающему, вынужденному репетировать дома? Не идти же в зал выступать, не зная точно, как там зазвучит инструмент. И просто любителям рока хочется слушать любимые вещи в полном соку, а рокеры народ в общем-то приличный и неконфликтный. По крайней мере те, кого интересует именно рок-музыка, а не антураж с эпатажем.

Так вот, оказалось, что роковый звук появляется на уровнях громкости, приемлемых для жилых помещений, если УМЗЧ ламповый. Причина – специфическое взаимодействие спектра сигнала с фьюзера с чистым и коротким спектром ламповых гармоник. Тут снова уместна аналогия: ч/б фото может быть намного выразительнее цветного, т.к. оставляет для просмотра только контур и свет.

Тем, кому ламповый усилитель нужен не для экспериментов, а в силу технической необходимости, долго осваивать тонкости ламповой электроники недосуг, они другим увлечены. УМЗЧ в таком случае лучше делать бестрансформаторный. Точнее – с однотактным согласующим выходным трансформатором, работающим без постоянного подмагничивания. Такой подход намного упрощает и ускоряет изготовление самого сложного и ответственного узла лампового УМЗЧ.

“Бестрансформаторный” ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

Справа на рис. дана схема бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ, а слева – варианты предварительного усилителя для него. Вверху – с регулятором тембра по классической схеме Баксандала, обеспечивающей достаточно глубокую регулировку, но вносящей небольшие фазовые искажения в сигнал, что может быть существенно при работе УМЗЧ на 2-полосную АС. Внизу – предусилитель с регулировкой тембра попроще, не искажающей сигнал.

Но вернемся к «оконечнику». В ряде зарубежных источников данная схема считается откровением, однако идентичная ей, за исключением емкости электролитических конденсаторов, обнаруживается в советском «Справочнике радиолюбителя» 1966 г. Толстенная книжища на 1060 страниц. Не было тогда интернета и баз данных на дисках.

Описание бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ

Усовершенствованный бестрансформаторный выходной каскад лампового УМЗЧ

Там же, справа на рис., коротко, но ясно описаны недостатки этой схемы. Усовершенствованная, из того же источника, дана на след. рис. справа. В ней экранная сетка Л2 запитана от средней точки анодного выпрямителя (анодная обмотка силового трансформатора симметричная), а экранная сетка Л1 через нагрузку. Если вместо высокоомных динамиков включить согласующий трансформатор с обычным динамиков, как в пред. схеме, выходная мощность составить ок. 12 Вт, т.к. активное сопротивление первичной обмотки трансформатора много меньше 800 Ом. КНИ этого оконечного каскада с трансформаторным выходом – прим. 0,5%